Šta je sušilica za zamrzavanje? Kako to radi?
Zamrzivač i liofilizator sinonimni su nazivi iste opreme. Sušilica za zamrzavanje vrši postupak uklanjanja vode koji se obično koristi za očuvanje pokvarljivih materijala, produženje roka trajanja ili čineći materijal prikladnijim za transport. Zamrzivači rade zamrzavanjem materijala, zatim smanjujući pritisak i dodavanjem topline kako bi se smrznuta voda u materijalu sublimirala.
3 osnovne faze sušilice za zamrzavanje
Sušilica za zamrzavanje radi u tri faze, pri čemu je prva i najkritičnija faza zamrzavanja. Pravilno sušenje zamrzavanjem može smanjiti vrijeme sušenja za 30%.
Faza smrzavanja
Sušilice za zamrzavanje koriste različite metode za zamrzavanje proizvoda. Zamrzavanje se može obaviti u zamrzivaču, rashlađenoj kupki (zamrzivač s školjkama) ili na polici u sušilici za zamrzavanje. Sušilica za zamrzavanje hladi materijal ispod svoje trostruke točke kako bi se osiguralo da će doći do sublimacije, a ne topljenja. Na taj način se čuva fizička forma materijala.
Zamrzivač koji se najviše zamrzava suši velike kristale leda, koji mogu nastati sporim zamrzavanjem ili žarenjem. Međutim, s biološkim materijalima, kada su kristali preveliki, mogu razbiti ćelijske zidove, a to dovodi do rezultata manjeg od idealnog sušenja zamrzavanjem. Da bi se to sprečilo zamrzavanje se vrši brzo. Za materijale koji imaju tendenciju taloženja može se upotrijebiti odgaranje. Ovaj postupak uključuje brzo zamrzavanje, a zatim podizanje temperature proizvoda da bi kristali mogli rasti.
Faza primarnog sušenja (sublimacija)
Druga faza sušilice za zamrzavanje je primarno sušenje (sublimacija), pri čemu se tlak snižava i materijal dodaje toplota kako bi se voda sublimirala. Vakuum sušilica za zamrzavanje ubrzava sublimaciju. Hladni kondenzator sušilice za zamrzavanje pruža površinu da se vodena para može uklopiti i očvrsnuti. Kondenzator štiti i vakuum pumpu od vodene pare. U ovoj fazi uklanja se oko 95% vode u materijalu. Primarno sušenje može biti spor proces. Previše topline može promijeniti strukturu materijala.
Faza sekundarnog sušenja (adsorpcija)
Završna faza sušilice za zamrzavanje je sekundarno sušenje (adsorpcija), pri čemu se uklanjaju ionsko vezani molekuli vode. Podizanjem temperature većom nego u fazi primarne sušenja, veze se razdvajaju između materijala i molekula vode. Liofilizirani osušeni materijali zadržavaju poroznu strukturu. Nakon što sušilica za zamrzavanje završi svoj postupak, vakuum se može razbiti inertnim plinom prije nego što se materijal zapečati. Većina materijala može se sušiti do 1-5% zaostale vlage.
Problemi koje treba izbjegavati tokom upotrebe sušilice za zamrzavanje
· Pregrijavanje proizvoda previsoke temperature može uzrokovati povrat taline ili kolaps proizvoda
· Preopterećenje kondenzatora uzrokovano previše pare koja udara u kondenzator.
Previše stvaranja pare
Previše površine
Premala površina kondenzatora
Nedovoljno hlađenje
· Zagušivanje pare - para se proizvodi brzinom većom nego što se može dobiti kroz otvor pare, otvor između komore proizvoda i kondenzatora, stvarajući porast tlaka u komori.
Važni uvjeti sušilice za zamrzavanje
Evo nekoliko važnih izraza koji se odnose na zamrzivače. Za sveobuhvatni popis pogledajte našu terminološku stranicu o zamrzavanju.
Eutektička tačka ili Eutektička temperatura
Da li je tačka u kojoj proizvod postoji samo u čvrstoj fazi, predstavljajući minimalnu temperaturu taljenja. Nemaju svi proizvodi eutektičku točku ili može biti više eutektičkih točaka.
Kritična temperatura
Tijekom sušenja smrzavanjem, maksimalna temperatura proizvoda prije nego što njegov kvalitet propadne, otapanjem ili urušavanjem.
Kristalni
Pri zamrzavanju materijal stvara kristale.
Ima eutektičku točku ili više eutektičkih točaka
Brzo smrzavanje stvara male kristale koji se teško suše
Otpuštanje može pomoći u stvaranju većih kristala
Amorfan
Višekomponentne smjese koje se ne kristaliziraju i nemaju eutektičku tačku. Pretvaraju se u 'čašu'.
Nema eutektičke tačke
Za amorfne materijale potrebno je sušenje smrzavanjem izvršiti ispod temperature stakla
Collapse
Točka u kojoj se proizvod omekšava do te mjere da više ne može podržavati vlastitu strukturu. Ovo može biti problem iz više razloga:
Gubitak fizičke strukture
Nepotpuno sušenje
Smanjena rastvorljivost
Mnogo ablacija (splat)